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喷丸强化技术在汽车制造业的应用

发布日期:2018-06-15 作者:振中电熔 点击:

     郑州振中电熔新材料有限公司创建于1987年,公司坐落于号称中华民族摇篮的轩辕黄帝故里——河南省新密市,三十一年来,公司一直致力于电熔新材料的研发和生产。现公司拥有十六项自有知识产权的国家发明专利。产品涵盖冶金耐火、陶瓷色料、热障涂层、表面处理、结构陶瓷、光学抛光、钛合金铸造、绝缘材料等领域,并出口到欧洲、美洲、日本、韩国及东南亚等十几个国家和地区。目前,喷丸强化技术已广泛应用于汽车制造行业。如汽车的螺旋弹簧、板簧、齿轮、摇臂、扭杆、传动元件、轴承、凸轮轴、曲轴和连杆等承受交变载荷的零部件强化处理,可提高零部件的疲劳强度和使用寿命,降低生产成本和能源消耗。许多最初在航空领域应用的喷丸强化技术都相继引入F1赛车和普通汽车制造过程中。


  汽车零件在热处理硬化后表面进行喷丸强化处理,不仅可以消除金属加工过程中所产生的拉应力,还能把零件表面在热处理过程中形成的不良组织(如轻微氧化层、锈蚀、脱碳层及过多的残留奥氏体组织、渗碳零件表面的非马氏体组织等)产生的影响,降低到最小程度;同时改善零件因金属加工刀痕或凹槽、孔和过渡圆角等结构因素所导致的应力集中现象,从而提高了零件的疲劳性能和使用寿命。

郑州陶瓷喷丸厂家

  喷丸强化技术原理


  喷丸强化技术就是用大量的弹丸以足够的速度冲击工件的表面,使其表面强化的工艺。喷丸强化不同于表面清理、喷丸成形、喷丸校形等一般的喷丸工艺,它要求喷丸过程中严格控制喷丸工艺参数,使工件在受喷后具有预期的表面形貌、表层组织结构和残留应力,从而大幅度地提高工件的疲劳寿命和抗应力腐蚀能力,因此喷丸强化又称受控喷丸强化。


  喷丸强化是在受喷材料的再结晶温度以下进行的一种加工方法,是利用高速喷射的细小弹丸在室温下撞击受喷工件表面,使其材料表层发生弹性和塑性变形,在工件表面产生一定厚度的加工硬化层,并呈现较大的残留压应力,从而提高工件表面强度、疲劳性能、抗应力腐蚀能力的表面强化技术。


  喷丸处理后工件的表面硬度增加,距离工件表面越近,效果越明显,喷丸造成的工件表面硬度增加是由于表层组织加工硬化及残留压应力值增大的综合结果。此外,喷丸还能促使工件表层的组织发生转变,残留奥氏体诱发转变为马氏体,并且能够细化马氏体的亚结构,进一步提高了工件表面硬度和耐磨性,从而延长工件的疲劳寿命。


  弹丸材料


  弹丸是喷丸强化中使用的重要工艺材料,常用的弹丸材料有铸铁丸、铸钢丸、钢丝切割丸、玻璃丸和陶瓷丸等。表1为常用弹丸的特点与用途。应当指出,喷丸强化用的弹丸与清理、成形、校形用的弹丸不同,必须是圆球形,不能有棱角和毛刺,否则会损伤工件表面。选择弹丸时不仅要考虑受喷工件的工艺要求,包括喷丸预期的塑性变形深度、最大残留应力值和表面粗糙度,还要考虑喷丸设备的条件和弹丸的损耗等。


  喷丸强化设备与喷丸强化质量


  喷丸强化设备。喷丸强化所用的设备有机械式和气动式两大类。喷丸强化的全过程都必须实现自动化,而且喷嘴距离、冲击角度和移动(回转)速度等的调节都要稳定可靠。近年来,随着计算机技术的发展,带有信息反馈监控的喷丸强化技术已在实际生产中得到应用,使强化的质量得到了进一步提高。例如数控喷丸机可实现高精度喷丸强化处理,有数控机械手喷丸机和数控机器人喷丸机两种。


  现代陶瓷喷丸强化设备必须满足以下要求:同步监测喷丸工艺参数;具有储存和复制操作程序的功能;自我诊断维护,能检测到设备磨损和破损情况;通用的操作原理,可适应不同用户的要求;完全可编程控制;恒定的覆盖率;稳定、可重复得到的产品性能;低噪声和低粉尘释放。喷丸强化质量与影响因素。表征喷丸强化效果和质量的指标主要有喷丸强度、覆盖率和喷丸后工件的表面粗糙度值等,每一项指标都受多项工艺参数的影响,合适的喷丸强化工艺参数要通过喷丸强度试验和表面覆盖率试验来确定。喷丸强化工艺对弹丸的形状、尺寸和硬度等要求较高,用喷丸强度和表面覆盖率来控制喷丸工艺,用残留应力和疲劳试验来检测表面强化效果。


  1)喷丸强度。喷丸强度通常采用弧高值测定法,其要点是用一定的弹簧钢试片,又称阿尔门试片(Almen试片),通过检测喷丸强化后的形状变化来反应喷丸效果,具体操作是用试片固定在夹具上,经单面喷丸后取下试片,然后用检具测量弯曲弧的高度。该试片有3种规格:A(厚度1.3mm)、C(厚度2.4mm)和N(厚度0.8mm),分别用于3种不同喷丸强度要求的场合。


  2)表面覆盖率。在被喷丸工件表面的规定部位上,弹痕占据的面积与要求喷丸强化的面积之间的比值称为表面覆盖率。表面覆盖率以百分数表示。


  3)喷丸工艺参数。喷丸强度和表面覆盖率等决定着喷丸质量,而喷丸强度和表面覆盖率又受其他多种工艺参数制约。


  弹丸尺寸越大,冲击能量越大,则喷丸强度也越大。但大的弹丸使覆盖率降低,因此生产上在能保证产生所需喷丸强度的前提下,应尽量减小弹丸的尺寸。弹丸尺寸的选择也受工件形状的制约,弹丸的直径不应超过工件沟槽或内圆半径的1/2。


  当弹丸的硬度大于工件的硬度时,弹丸硬度的变化不影响喷丸强度;反之,弹丸硬度值的降低,将使喷丸强度降低。


  喷丸速度提高,则喷丸强度加大,但速度过高,弹丸的破碎量会增加,可用控制压缩空气压力等办法控制喷丸速度。喷丸的角度一般选用垂直直角状态,这时喷丸角度最高,喷丸强度大。但当受工件形状限制必须以小角度喷丸时,则应适当加大弹丸的尺寸与喷丸速度。


  4)弹丸的破碎量。应经常清除破碎弹丸,保证弹丸的完整率不低于85%。


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